1 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Cours Architecture des.

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1 1 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Cours Architecture des Systèmes Informatiques Jean-Jacques Girardot girardot@emse.fr http://kiwi.emse.fr/ASI/ Deuxième séance

2 2 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Notation hexadécimale : 0x  Représentation courte pour des suites de bits  16 “digits” 0123456789ABCDEF  Correspondance : hexa binaire dec. hexa binaire dec. 0 0000 0 8 1000 8 1 0001 1 9 1001 9 2 0010 2 A 1010 10 3 0011 3 B 1011 11 4 0100 4 C 1100 12 5 0101 5 D 1101 13 6 0110 6 E 1110 14 7 0111 7 F 1111 15

3 3 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C main() { unsigned char a, b; a = 0x33; b = 0x09; printf(“a=0x%02x=%3d\n”, a, a); printf(“b=0x%02x=%3d\n”, b, b); } a=0x33= 51 b=0x09= 9

4 4 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Programmation des ordinateurs  Cartes perforées : Machine de Babbage Première programmeuse : Ada Lovelace  Commutateurs : l’ENIAC  Machine de von Neumann Programme partageant la mémoire avec les données  Langages de programmation Langage machine, ou assembleur Langages de haut niveau [Fortran, 1957]  Systèmes d’exploitation

5 5 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Architecture de Von Neumann : Que contient la mémoire ?  Morceaux de programmes Instructions  Données Entiers, flottants, caractères, mots, etc. Cours 3 Cours 2 BUS UC MEM

6 6 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Cycle de Von Neumann  Chargement de la “prochaine” instruction désignée par le “registre instruction”  MAJ compteur instructions  Décodage instruction  Localisation, chargement éventuel des données depuis la mémoire  Exécution de l’instruction  Rangement éventuel des résultats  Retour à l’étape 1

7 7 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Un exemple  EIP (instruction pointer) désigne l’adresse 0x1020  La CPU charge le mot situé à cette adresse : 0x544F  La CPU m.à.j. EIP : 0x1022  La CPU décode l’instruction ADD AX,2 Ajouter 2 au contenu du registre AX  La CPU exécute cette instruction  Après exécution, AX vaut 0x116 0x544F 0x1020 EIP 0x114 AX ALU Mémoire CPU

8 8 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Mémoire : tableau de cellules adresse 0 adresse 1020 adresse 1021 adresse 1022 adresse N-1 une cellule la cellule suivante Aujourd’hui : une cellule = un octet Une mémoire de N cellules

9 9 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Le contenu d’une cellule 0xB2 Ce n’est pas un nombre Ce n’est pas un caractère L’interprétation du contenu d’une cellule est laissée à la discrétion du programme qui l’utilise...

10 10 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Comment assembler deux cellules de 8 bits pour former un mot de 16 bits ? 1020 1021 1022 1023 0x54 0x4F 0xBA 0x01 1020 1022 0x544F 0xBA01 1020 1022 0x4F54 0x01BA “Grand Indien -Big Endian” Motorola, MIPS... “Petit Indien - Little Endian” Intel la numérotation est toujours en octets

11 11 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Comment représenter un bit ? Quelles opérations leur appliquer ?  Technologie des ordinateurs Relais électromagnétiques Tubes à vide Transistors Circuits intégrés LSI, VLSI...  Réalisation physique des opérations

12 12 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Logique : NOT, NON  Symbole :  ou A  Négation logique  Notation C : ~A A  A 0 1 1 0

13 13 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C main() { unsigned char a, b; a = 0x33; b = ~a; printf(“a=0x%02x, b=0x%02x\n”, a, b); } a=0x33, b=0xCC

14 14 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Logique : OR, OU  Symbole :  ou +  Disjonction logique Z  A  B  Vrai ssi au moins l’un des A ou B est vrai  En C : A|B A B A  B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

15 15 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C a=0x33, b=0x55, c=0x77 main() { unsigned char a, b, c; a = 0x33; b = 0x55; c = a|b; printf(“a=0x%02x, b=0x%02x, c=0x%02x\n”, a, b, c); }

16 16 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Logique : AND, ET  Symbole :  ou  Conjonction logique Z  A  B  Vrai ssi les deux valeurs A et B sont vraies.  En C : A&B A B A  B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

17 17 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C a=0x33, b=0x55, c=0x11 main() { unsigned char a, b, c; a = 0x33; b = 0x55; c = a&b; printf(“a=0x%02x, b=0x%02x, c=0x%02x\n”, a, b, c); }

18 18 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Logique : NAND, NON-ET  Symbole :   Z  A  B  Vrai ssi l’une des deux valeurs A ou B est fausse  En C : ~(A&B) ou encore (~A)|(~B)   A B A  B 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 

19 19 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C a=0x33, b=0x55, c=0xee main() { unsigned char a, b, c; a = 0x33; b = 0x55; c = ~(a&b); printf(“a=0x%02x, b=0x%02x, c=0x%02x\n”, a, b, c); }

20 20 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Porte NAND - CMOS

21 21 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Logique : NOR, NON-OU  Symbole :   Z  A  B  Vrai ssi les deux valeurs A et B sont fausses  En C : ~(A|B) ou encore (~A)&(~B)   A B A  B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 

22 22 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. En langage C a=0x33, b=0x55, c=0x88 main() { unsigned char a, b, c; a = 0x33; b = 0x55; c = ~(a|b); printf(“a=0x%02x, b=0x%02x, c=0x%02x\n”, a, b, c); }

23 23 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Que fait ce circuit ? A B D E C 0 0 1 1 0 1

24 24 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Additionner deux bits  Circuit avec : deux entrées, A et B deux sorties  d : digit binaire  r : retenue  Table de vérité d : A ou-exclusif B r : A et B  demi additionneur A B d r A B r d 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

25 25 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Une réalisation possible A B d r

26 26 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Additionneur 2 bits + + + + A0 A1 B0 B1 d0 r d1 Un additionneur 2 bits peut se réaliser avec 4 demi-additionneurs

27 27 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Représenter un bit ? La bascule RS dans sa version simple, deux portes NAND......et dans sa version élaborée...

28 28 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Représentations…  Une représentation est une fonction (parfois même seulement une relation) dont la source est l’espace des objets à représenter, et le but un ensemble de mots de n bits.  Exemple : Source : N, ensemble des entiers naturels But : {0,1} 8, ensemble des octets Relation : représentation en binaire pur sur 8 bits.

29 29 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Autre exemple  Source : l’ensemble des caractères nécessaires à l’écriture de l’américain  But : {0,1} 7, ensemble des mots de 7 bits  Relation : représentation ASCII

30 30 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. L’Addition dans {0,1} n  La retenue ?

31 31 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Représentation en binaire pur  C’est une représentation canonique  Si l’ensemble d’arrivée est {0,1} n, c’est une bijection de l’intervalle [0, 2 n -1] dans {0,1} n  Exemples :  0 00000000  16 00010000  255 11111111

32 32 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Quelques égalités 178 = 128 + 32 + 16 + 2 = 10110010 178-256 = -78 = invalide 41 = 32 + 8 + 1 = 00101001 105 = 41 + 64 = 01101001 219 = 128+64+16+8+2+1 = 11011011 219-256 = -37 = invalide

33 33 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Représentation en complément à deux  Si l’ensemble d’arrivée est {0,1} n, c’est une bijection de l’intervalle [-2 n-1, 2 n-1 -1] dans {0,1} n  Exemples :  0 00000000  16 00010000  127 01111111  -12 11110100  -52 11001100

34 34 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66.  Pour trouver l’opposé (ou complément à deux) d’un mot de n bits, le processeur :  complémente tous les bits,  ajoute 1 L’opposé dans {0,1} n

35 35 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Quelques égalités 178 = 128 + 32 + 16 + 2 = invalide 178-256 = -78 = 10110010 41 = 32 + 8 + 1 = 00101001 105 = 41 + 64 = 01101001 219 = 128+64+16+8+2+1 = invalide 219-256 = -37 = 11011011

36 36 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. L’addition de la machine Indicateurs : Carry : retenue d’une addition en binaire pur Overflow : indicateur de dépassement de capacité en complément à deux ex : 0xb2 [178/-78]+ 0x74 [116] = 0x26 [38/294]

37 37 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Représentation en complément à un  L’ensemble d’arrivée est {0,1} n  L’intervalle de départ [-(2 n-1 -1), 2 n-1 -1]  Exemples :  0 00000000  16 00010000  -16 11101111  127 01111111  -12 11110011  -52 11001011

38 38 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66.  Pour trouver complément à un d’un mot de n bits, le processeur :  complémente tous les bits  ex :  - 0x01 = 0xfe  - 0x34 = 0xcb  note : 0 admet les deux codifications 0x00 et 0xff L’opposé dans {0,1} n

39 39 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Autres types de codage  Codage en signe + valeur absolue  -7 = 10000111 ici le 1 er bit indique le signe.  Codage par excès  on ajoute une constante (par ex. 128 pour un octet) au nombre avant de le représenter en binaire pur  Codage des nombres flottants  représentation par signe + mantisse + exposant  Codage des caractères sur 16 bits  norme internationale ; utilisée dans le langage Java

40 40 École des Mines de Saint-Etienne. 158, cours Fauriel. 42 023 Saint-Etienne Cedex 2. tél.. 04 77 42 01 23. Fax. 04 77 42 66 66. Interprétation des représentations en C  Octet : 8 bits nombre non signé [0, 255] unsigned char nombre signé [-128, 127] signed char caractère du code ASCII char  Mot de 16 bits nombre non signé [0, 65536] unsigned short nombre signé [-32768, 32767] signed short  Mot de 32 bits nombre non signé [0, 4294967295] unsigned long nombre signé [-2147483648, 2147483647] signed long  Mot : int l’un des char, short ou long sizeof(char)≤sizeof(short)≤sizeof(long)